偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中UHMWPE熔體流動(dòng)特性的數(shù)值模擬

麻向軍 王臻 姚志強(qiáng) 曾義宏

偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中UHMWPE熔體流動(dòng)特性的數(shù)值模擬

麻向軍 王臻 姚志強(qiáng) 曾義宏

（華南理工大學(xué) 聚合物成型加工工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/聚合物新型成型裝備國(guó)家工程研究中心，廣東 廣州 510640）

偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)具有良好的正位移輸送特性，能有效解決超高分子量聚乙烯（UHMWPE）由于壁面滑移造成的加工困難的問(wèn)題。為了揭示UHMWPE在偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)輸送段的熔體流動(dòng)特性，采用實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法確定了UHMWPE熔體壁面滑移的模型參數(shù)，利用ANSYS Polyflow軟件對(duì)UHMWPE熔體的流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明：偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中轉(zhuǎn)子和定子嚙合形成的容腔能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)UHMWPE熔體的正位移輸送，容腔截面尺寸的變化在熔體中產(chǎn)生了拉伸流場(chǎng)；在每個(gè)容腔的入口和出口附近分別形成正壓和負(fù)壓，嚙合間隙不為0時(shí)，造成容腔中熔體的逆流和漏流，使容腔出口處的平均流率低于理論流率。偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)加工UHMWPE時(shí)，容腔出口處熔體的瞬時(shí)流率和平均流率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成正比，流率脈動(dòng)率保持不變；減小轉(zhuǎn)子和定子間的嚙合間隙，容腔出口處熔體的平均流率增加，流率脈動(dòng)率減小，增強(qiáng)了偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中熔體的正位移輸運(yùn)。

超高分子量聚乙烯；偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)；壁面滑移；正位移輸送；數(shù)值模擬

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐磨性能和良好的生物相容性，在交通運(yùn)輸、航天航空等多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景［1-3］。但由于UHMWPE的黏度大，且在加工和成型過(guò)程中極易發(fā)生壁面滑移，采用傳統(tǒng)的螺桿擠出機(jī)加工時(shí)熔體塑化困難，產(chǎn)量低，限制了UHMWPE的應(yīng)用。Qu等［4］基于體積脈動(dòng)的拉伸流變?cè)硌邪l(fā)的偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)具有物料適應(yīng)性強(qiáng)、熱歷程時(shí)間短、塑化效率高的優(yōu)點(diǎn)。由于物料在偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中實(shí)現(xiàn)了正位移輸運(yùn)，有效地解決了UHMWPE擠出加工過(guò)程中熔體塑化質(zhì)量差及產(chǎn)量低的困難［5］。文獻(xiàn)［6-9］用實(shí)驗(yàn)方法研究了偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中的拉伸流場(chǎng)對(duì)制品微觀結(jié)構(gòu)及物理性能的影響，結(jié)果表明，偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)的拉伸流場(chǎng)提高了熔體的混合分散效果，改變了復(fù)合體系的微觀結(jié)構(gòu)，使得制品的力學(xué)性能、熱性能等均有所提升。袁?。?0］采用拉伸黏度模型，將偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中的熔體流場(chǎng)簡(jiǎn)化為二維流場(chǎng)，采用數(shù)學(xué)方法分析了無(wú)滑移條件下的熔體流動(dòng)和流場(chǎng)特性，結(jié)果表明，偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中，熔體在輸運(yùn)過(guò)程中拉伸形變起主導(dǎo)作用。Fan 等［11-12］采用數(shù)值模擬方法研究了無(wú)滑移邊界條件下偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中熔體的流動(dòng)特性，并研究了工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)熔體混合性能、能耗的影響。為了揭示壁面滑移條件下偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中熔體的流動(dòng)和輸運(yùn)特性，文中通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法確定UHMWPE壁面滑移的模型參數(shù)，在此基礎(chǔ)上利用ANSYS Polyflow軟件對(duì)UHMWPE在偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中的流動(dòng)行為進(jìn)行數(shù)值模擬，并研究工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)熔體流場(chǎng)、輸送特性的影響，以期為偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

1　熔體輸運(yùn)特性的數(shù)值模擬

1.1　幾何模型

文中研究偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中的熔體輸送特性。由于熔體輸送段具有周期性，故文中選取其中一個(gè)周期單元進(jìn)行研究，如圖2（a）所示。由于定子為雙線螺紋，故一個(gè)周期單元的長(zhǎng)度為一個(gè)導(dǎo)程，且等于兩倍螺距。

圖1　偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2　定子和轉(zhuǎn)子幾何模型

偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)熔體輸送段的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)包括轉(zhuǎn)子螺距、轉(zhuǎn)子半徑、偏心距和定子與轉(zhuǎn)子的嚙合間隙，如圖2（b）所示。文中所研究的偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)為廣東星聯(lián)科技有限公司研制的60型擠出機(jī)，其熔體輸送段的結(jié)構(gòu)參數(shù)為=44 mm、=44 mm、=3 mm、=0.3 mm。

1.2　熔體流動(dòng)的控制方程

因熔體在偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中的流動(dòng)比較復(fù)雜，故在進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)，對(duì)熔體流動(dòng)做如下假設(shè)：

（1）熔體壓力較低，可視為不可壓縮流體；

（2）熔體流動(dòng)為層流流動(dòng)；

（3）熔體黏度大，重力與慣性力遠(yuǎn)小于黏性力，忽略重力與慣性力；

（4）熔體流動(dòng)為等溫流動(dòng)，本研究中熔體溫度為240 ℃。

偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中，定子為固定部件，轉(zhuǎn)子為運(yùn)動(dòng)部件，流體域在不斷變化，因此，文中采用Polyflow軟件的網(wǎng)格重疊技術(shù)（MST）進(jìn)行計(jì)算，即對(duì)定子內(nèi)部區(qū)域和轉(zhuǎn)子分別劃分網(wǎng)格，定子內(nèi)部的網(wǎng)格為靜態(tài)網(wǎng)格，轉(zhuǎn)子網(wǎng)格為動(dòng)態(tài)網(wǎng)格，動(dòng)態(tài)網(wǎng)格的位置根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置確定。計(jì)算中通過(guò)對(duì)靜態(tài)網(wǎng)格設(shè)置“內(nèi)部”場(chǎng)量來(lái)確定流體域，的取值范圍為0～1（=1表示靜態(tài)網(wǎng)格在動(dòng)態(tài)網(wǎng)格內(nèi)部，=0表示靜態(tài)網(wǎng)格在動(dòng)態(tài)網(wǎng)格之外）。對(duì)于與動(dòng)態(tài)網(wǎng)格部分重疊的靜態(tài)網(wǎng)格，通過(guò)設(shè)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值（通常取=0.6）來(lái)判斷靜態(tài)網(wǎng)格的去留，即>0.6時(shí)，認(rèn)為靜態(tài)網(wǎng)格在動(dòng)態(tài)網(wǎng)格內(nèi)部［13］。

熔體流動(dòng)的控制方程如下［13］：

連續(xù)性方程

動(dòng)量方程

本構(gòu)方程

1.3　UHMWPE的流變參數(shù)

本研究所用的UHMWPE為上?；び邢薰旧a(chǎn)的牌號(hào)為0702的UHMWPE粉料。使用Anton Paar MCR302旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)量其流變性能，測(cè)量流變性能時(shí)，角頻率范圍為0.062 8～314 rad/s。采用冪律模型進(jìn)行擬合，擬合后的流變曲線見圖3，材料參數(shù)=371 240 Pa·s0.229 4、=0.229 4。

圖3　擬合的黏度曲線

1.4　網(wǎng)格劃分與邊界條件

采用MST技術(shù)時(shí)，需要對(duì)定子內(nèi)腔和轉(zhuǎn)子分別劃分網(wǎng)格，文中采用精度較高的六面體網(wǎng)格。為了更好地反映壁面滑移條件下熔體的流動(dòng)特性，劃分網(wǎng)格時(shí)保證轉(zhuǎn)子和定子的嚙合間隙網(wǎng)絡(luò)層數(shù)不少于4，定子和轉(zhuǎn)子網(wǎng)格如圖4所示。

圖4　熔體輸送段網(wǎng)格模型

定子壁面采用漸變模型［13］，其表達(dá)式為

1.5　壁面滑移參數(shù)的計(jì)算

圖5　流道幾何尺寸和邊界條件

表1　不同流率下的擠出實(shí)驗(yàn)壓力與模擬壓力

Table 1　Extrusion experimental pressure and simulated pressure at different flow rates

Qi /（mm3·s-1） /MPa /MPa相對(duì)誤差/% 67814.2013.991.48 1 02715.3015.702.61 1 36816.3016.481.10 1 67117.2016.871.92

2　流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果與分析

2.1　速度場(chǎng)分析

偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)的定子為雙線螺紋，不考慮嚙合間隙時(shí)，轉(zhuǎn)子和定子相互嚙合形成兩個(gè)容腔，圖6為初始時(shí)刻（=0）沿?cái)D出方向不同位置的容腔截面示意圖，截面A～G將容腔沿?cái)D出方向均勻分為8段。為便于表述，將容腔分為容腔1和容腔2，容腔1的形狀為一完整的螺旋紡錘形，在入口和出口處容腔截面最小，沿?cái)D出方向中間位置截面最大，這種截面尺寸的變化會(huì)造成熔體沿?cái)D出方向不同位置的速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)的變化。容腔1和容腔2沿?cái)D出方向的相位相差180°，文中選擇容腔1的流場(chǎng)進(jìn)行分析。

圖6　偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中的容腔示意圖

轉(zhuǎn)子在自轉(zhuǎn)的同時(shí)繞定子做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子和定子嚙合形成的容腔沿?cái)D出方向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)沿定子中心旋轉(zhuǎn)，當(dāng)容腔沿定子中心旋轉(zhuǎn)一周，容腔沿?cái)D出方向移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程，即在偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中熔體的輸送為正位移輸送。由于轉(zhuǎn)子和定子沿?cái)D出方向和繞定子中心旋轉(zhuǎn)具有周期性，文中僅對(duì)初始時(shí)刻的速度場(chǎng)進(jìn)行分析。圖7為模擬計(jì)算得到的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為30 r/min時(shí)初始時(shí)刻（=0）的熔體速度場(chǎng)。從圖中可以看出，由于UHMWPE的壁面滑移顯著，轉(zhuǎn)子和定子表面對(duì)熔體的拖曳作用小，與壁面無(wú)滑移條件下熔體的速度場(chǎng)相比，熔體承受的剪切作用較弱。容腔1中的熔體沿容腔旋轉(zhuǎn)方向流動(dòng)的同時(shí)，在垂直于擠出方向的容腔截面內(nèi)存在徑向流動(dòng)。垂直于擠出方向，容腔1的截面尺寸沿螺旋方向逐漸增大后逐漸減小，造成熔體沿螺旋方向流動(dòng)的速度逐漸減小后增大，因而熔體沿螺旋方向流動(dòng)時(shí)形成了拉伸流場(chǎng)；由于轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)沿定子中心做直線運(yùn)動(dòng)，熔體在垂直于擠出方向的截面內(nèi)存在徑向運(yùn)動(dòng)，受定子和轉(zhuǎn)子壁面的約束，熔體在徑向亦形成拉伸流場(chǎng)。由此可見，偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)使熔體受到擠壓-釋放作用，在熔體中形成了拉伸流場(chǎng)。

圖7　初始時(shí)刻的熔體速度場(chǎng)

從圖7可以看出，容腔1中的熔體在入口位置存在沿?cái)D出方向相反的流動(dòng)（即形成逆流），容腔1中的熔體通過(guò)嚙合間隙流入容腔2，形成漏流。為了避免定子與轉(zhuǎn)子直接接觸造成磨損，設(shè)計(jì)偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)時(shí)，在轉(zhuǎn)子和定子嚙合處留有一定的間隙，通過(guò)間隙中熔體的黏滯力來(lái)實(shí)現(xiàn)相對(duì)密封。容腔1中熔體的逆流和漏流與偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中定子和轉(zhuǎn)子間的嚙合間隙不為0有關(guān)。轉(zhuǎn)子與定子間的嚙合按嚙合方式可分為點(diǎn)嚙合和線嚙合，其中點(diǎn)嚙合的輪廓線為兩條平行的螺旋線，線嚙合的輪廓線為半圓弧，嚙合線是兩個(gè)容腔的分界線，如圖8所示。

圖8　轉(zhuǎn)子和定子間的嚙合間隙示意圖

圖9為數(shù)值模擬得到的初始時(shí)刻（=0）的熔體壓力場(chǎng)分布云圖，可以看出，容腔1在入口附近為正壓，而在出口附近為負(fù)壓。這是由于轉(zhuǎn)子在運(yùn)動(dòng)時(shí)，從入口到截面D之間的容腔體積逐漸減小，而從截面D到出口之間的容腔體積逐漸增加造成的。這種壓力分布造成容腔1中的熔體在入口位置的線嚙合間隙處流入上一個(gè)周期性單元相應(yīng)的容腔，即容腔1在入口處存在逆流；由于容腔1和容腔2的相位相差180°，即熔體中的正壓和負(fù)壓交替存在，在壓力差作用下，容腔1中的熔體通過(guò)點(diǎn)嚙合間隙流入容腔2，形成漏流。

圖9　初始時(shí)刻的熔體壓力場(chǎng)

因此，偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中轉(zhuǎn)子和定子的嚙合間隙不為0時(shí)，逆流和漏流使得偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)的熔體正位移輸送減弱。通常，轉(zhuǎn)子和定子間的嚙合間隙較小，熔體與固體壁面無(wú)滑移時(shí)，熔體在壓力差作用下流過(guò)嚙合間隙的阻力大，逆流和漏流較小，但對(duì)于UHMWPE而言，熔體壁面滑移顯著，熔體在壓力差的作用下更容易流過(guò)嚙合間隙，進(jìn)一步減弱了偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)的正位移輸送。

2.2　流率變化

偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中，定子和轉(zhuǎn)子的嚙合間隙為0時(shí)，熔體輸送的理論流率e為

由式（6）可知，偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)的理論流率為恒定值。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為30 r/min時(shí)，理論流率為23 232 mm3/s。

轉(zhuǎn)子和定子間的嚙合間隙不為0時(shí)，容腔間壓力差使熔體在容腔間產(chǎn)生逆流和漏流。從圖7可以看出，在不同截面處熔體的逆流和漏流不同，即轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，不同時(shí)刻出口處熔體的逆流和漏流不同，因此，對(duì)于文中所計(jì)算的周期性單元而言，容腔出口處熔體的瞬時(shí)流率是脈動(dòng)的。在一個(gè)周期內(nèi)，轉(zhuǎn)子往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，因此，文中計(jì)算了熔體在半個(gè)周期內(nèi)的流場(chǎng)。圖10為模擬計(jì)算得到的半個(gè)周期內(nèi)熔體在出口處的瞬時(shí)流率隨時(shí)間的變化，最大流率為18 748 mm3/s，最小流率為17 390 mm3/s，相差1 358 mm3/s。

圖10　熔體的瞬時(shí)流率變化曲線

定義偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中熔體輸送的平均流率為

則模擬計(jì)算所得的平均流率為17 833 mm3/s。

定義流率脈動(dòng)率為最大瞬時(shí)流率與最小瞬時(shí)流率之差與平均流率的百分比，用于反映瞬時(shí)流率的脈動(dòng)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為30 r/min時(shí)，流率脈動(dòng)率為7.62%。相比于無(wú)滑移條件下的熔體輸送［15］，偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)加工UHMWPE時(shí)，不但其產(chǎn)量下降，而且熔體瞬時(shí)流率的脈動(dòng)會(huì)增加。

3　不同參數(shù)對(duì)熔體流場(chǎng)的影響

3.1　轉(zhuǎn)速對(duì)熔體流場(chǎng)的影響

保持2.1節(jié)中的定子和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)不變，模擬計(jì)算20、30和40 r/min轉(zhuǎn)速下熔體的流場(chǎng)和瞬時(shí)流率。圖11為不同轉(zhuǎn)速下初始時(shí)刻的速度場(chǎng)，可以看出，在不同轉(zhuǎn)速下，容腔相同位置處的熔體速度分布規(guī)律相同，速度大小與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成正比。因此，熔體的最大瞬時(shí)流率、最小瞬時(shí)流率及平均流率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成正比，而流率脈動(dòng)率基本不變，如表2所示。這說(shuō)明在壁面滑移的條件下，提高轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，熔體輸送流率呈線性增加趨勢(shì)，因此，偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)具有很好的正位移輸送和物料的適應(yīng)性，適合于加工具有壁面滑移的材料。

圖11　不同轉(zhuǎn)速下初始時(shí)刻的熔體速度場(chǎng)

表2　不同轉(zhuǎn)速下的流率

Table 2　Flow rates under different rotational speeds

轉(zhuǎn)速/（r·min-1）流率/（mm3·s-1）流率脈動(dòng)率/% 最大值最小值平均值 2012 48711 59811 8897.47 3018 74817 39017 8337.62 4025 02423 18423 8047.77

3.2　定子和轉(zhuǎn)子的嚙合間隙對(duì)流場(chǎng)的影響

在轉(zhuǎn)速為30 r/min的條件下，模擬計(jì)算定子和轉(zhuǎn)子的嚙合間隙為0.2、0.3和0.4 mm時(shí)的熔體流場(chǎng)和瞬時(shí)流率。圖12為不同嚙合間隙下初始時(shí)刻的速度場(chǎng)，可以看出，嚙合間隙增大時(shí)，熔體的逆流速度增加，造成熔體逆流流率增加，而熔體的漏流速度減小，造成熔體漏流流率減小。嚙合間隙的變化對(duì)偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中容腔體積的影響很小，由于熔體的漏流僅在兩個(gè)型腔壓力梯度較大的區(qū)域存在，而在整個(gè)線嚙合位置均存在逆流，因此，嚙合間隙增加時(shí)，不但降低了熔體的瞬時(shí)流率，而且增加了流率脈動(dòng)率，如表3所示。因此，利用偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)加工UHMWPE時(shí)，應(yīng)盡量減小轉(zhuǎn)子和定子間的嚙合間隙，以增強(qiáng)熔體的正位移輸送，提高產(chǎn)量，并降低熔體流率脈動(dòng)率，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

圖12　不同嚙合間隙下初始時(shí)刻的熔體速度場(chǎng)

表3　不同嚙合間隙下的流率

Table 3　Flow rates under different meshing gaps

嚙合間隙/mm流率/（mm3·s-1）流率脈動(dòng)率/% 最大值最小值平均值 0.219 91118 87519 1995.39 0.318 74817 39017 8337.62 0.416 35514 65415 15411.24

4　結(jié)論

本研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法確定了UHMWPE壁面滑移的模型參數(shù)，模擬計(jì)算了UHMWPE在偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中的流場(chǎng)，得到以下結(jié)論：

（1）偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中，轉(zhuǎn)子和定子嚙合形成的容腔體積保持不變，因而熔體的輸送為正位移輸送；偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)形成的容腔截面尺寸變化及轉(zhuǎn)子沿定子中心的平移運(yùn)動(dòng)，對(duì)熔體施加擠壓-釋放作用，在熔體中形成拉伸流場(chǎng)。

（2）偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)中，轉(zhuǎn)子和定子嚙合形成的容腔沿?cái)D出方向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)沿定子中心旋轉(zhuǎn)，在每個(gè)容腔的入口附近形成正壓，出口附近形成負(fù)壓，嚙合間隙不為0時(shí)，容腔中的這種壓力分布造成了熔體的逆流和漏流，容腔出口處熔體的平均流率低于理論流率，加工UHMWPE時(shí)平均流率下降較大。

（3）利用偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)加工UHMWPE時(shí)，熔體在容腔出口處的瞬時(shí)流率和平均流率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成正比，但瞬時(shí)流率脈動(dòng)率保持不變，說(shuō)明偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)對(duì)UHMWPE具有良好的正位移輸送；減小轉(zhuǎn)子和定子的嚙合間隙，不僅可以提高熔體輸送效率，而且減小了瞬時(shí)流率的脈動(dòng)率，增強(qiáng)了偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)的正位移輸送。

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Numerical Simulation on Melt Flow Characteristics of UHMWPE in Eccentric Rotor Extruder

（Key Laboratory of Polymer Processing Engineering of the Ministry of Education/ National Engineering Research Center of Novel Equipment for Polymer Processing，South China University of Technology，Guangzhou 510640，Guangdong，China）

The processing difficulties of UHMWPE caused by the wall slip can be solved effectively by the eccentric rotor extruder, which make the melt conveyed in positive displacement. To reveal the melt flow characteristics of UHMWPE in the conveying section of the eccentric rotor extruder, the model parameters of wall slip were determined by the combination of experiment and numerical simulation, and the flow field of UHMWPE melt was numerically simulated by ANSYS Polyflow. The results show that the UHMWPE melt in the cavity formed by the meshing of the rotor and the stator can be conveyed in positive displacement, and the change in the cross-sectional size of the cavity leads to the elongation flow field in the melt. When the meshing gap exists, the positive pressure and negative pressure formed around every inlet and outlet respectively, will lead to the counterflow and leakage of the melt in the cavity and make the average flow rate at the outlet of the cavity lower than the theoretical flow rate. When UHMWPE is processed by the eccentric rotor extruder, the instantaneous flow rate and average flow rate of the melt at the outlet of the cavity are proportional to the rotor rotation speed, while the pulsation rate of the flow rate remains unchanged. Reducing the meshing gap between the rotor and the stator increases the average flow rate of the melt at the outlet of the cavity and decreases the pulsation rate of the flow rate, which enhances the positive displacement conveying of the melt in the eccentric rotor extruder.

UHMWPE；eccentric rotor extruder；wall slip；positive displacement conveying；numerical simulation

Supported by the National Key R&D Program of China （2019YFB1704900）

10.12141/j.issn.1000-565X.220528

2022?08?17

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2019YFB1704900）

麻向軍（1966-），男，博士，副教授，主要從事材料成型過(guò)程的數(shù)值模擬研究。E-mail：xjma@scut.edu.cn

TQ320.66

1000-565X（2023）05-0114-08